【正文】 微生物的預(yù)測預(yù)報(bào)在食品工業(yè)中，無論是產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝還是安全控制，微生物因素都是一個(gè)不容忽視的重要因素。我們既要利用微生物的有益方面改善食品的品質(zhì)，又要通過有害微生物的控制來保障食品安全。傳統(tǒng)上，預(yù)測特殊微生物存活的常見方法有三種：第一種方法是專家的判斷：基于食品微生物學(xué)家的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)或他們出版的論著，這種方法可能相當(dāng)有效，但提供的定量數(shù)據(jù)極少。第二種方法是采用問題試驗(yàn)(challenge test)：主要是通過將一定量的病原微生物接種到食品中，在食品保存過程中通過連續(xù)取樣來檢測微生物的生長或衰退情況，以評估食品病原微生物的生長和產(chǎn)生毒素的風(fēng)險(xiǎn)或?qū)ψ罱K產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)。然而這種方法耗時(shí)長，加之新型食品的生產(chǎn)量日益增加，無法完全通過實(shí)驗(yàn)室的工作來評估每一種產(chǎn)品中可能發(fā)生的和潛在的食品病原微生物情況。第三種方法是使用數(shù)學(xué)模型：數(shù)學(xué)模型是一種用數(shù)學(xué)概念如自變量、因變量、函數(shù)、方程等建立起來的模型，這種方法使用越來越普遍。中國冷卻肉生產(chǎn)行業(yè)起步不久，一些新建的企業(yè)，從廠房建設(shè)到設(shè)備全套引進(jìn)國外技術(shù)，硬件達(dá)到國際先進(jìn)水平，但是生產(chǎn)技術(shù)等軟件跟不上，往往會造成有先進(jìn)設(shè)備卻生產(chǎn)不出一流產(chǎn)品的現(xiàn)象。對于肉類工業(yè)，傳統(tǒng)的方法是對樣品進(jìn)行檢驗(yàn)，然而這種檢驗(yàn)不能保證總體消費(fèi)的安全性，原料肉中有各種各樣的微生物，生產(chǎn)中采取措施可以控制和減少微生物的種類和生長。然而，在我國，由于冷鏈系統(tǒng)不完善，控制系統(tǒng)的變化或失敗使微生物的出現(xiàn)或重新出現(xiàn)，會導(dǎo)致微生物的大量繁殖。微生物的預(yù)測能處理這些事情，其魅力在于利用存在的數(shù)據(jù)去預(yù)測未來發(fā)展趨勢，對實(shí)際的生產(chǎn)和流通過程進(jìn)行監(jiān)控，可以提高我國肉類工業(yè)的技術(shù)水平。1 預(yù)測微生物學(xué)的概念及發(fā)展歷史食品預(yù)測微生物學(xué)(Food Predictive Microbiology)是一門在微生物學(xué)、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)上建立起來的新學(xué)科。它的發(fā)展方向是研究和設(shè)計(jì)一系列能描述和預(yù)測微生物在特定條件下生長和衰亡的模型。其目的是通過計(jì)算機(jī)和配套軟件應(yīng)用于食品工業(yè)，增加理解微生物與食品之間的復(fù)雜關(guān)系，在不進(jìn)行微生物檢測的條件下快速對產(chǎn)品安全性和貨架期進(jìn)行預(yù)測，實(shí)現(xiàn)從原料、加工到產(chǎn)品的貯存、銷售整個(gè)體系的計(jì)算機(jī)智能化管理和監(jiān)控，保證食品的安全。它不僅可以預(yù)測產(chǎn)品在貯藏、運(yùn)輸、銷售、消費(fèi)等各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量和安全性，而且還可用于產(chǎn)品的安全性預(yù)報(bào)、新產(chǎn)品開發(fā)、操作人員培訓(xùn)、科研實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析等。 預(yù)測微生物學(xué)發(fā)展歷史預(yù)測微生物學(xué)的歷史最早可以追溯到19世紀(jì)20年代初，人們認(rèn)識到孢子的熱滅活表現(xiàn)為動(dòng)力學(xué)趨勢，由此開發(fā)了阿列紐斯(Arrhenius)方程和Bigelow模型來描述溫度對耐高溫微生物的影響，預(yù)測微生物學(xué)在此基礎(chǔ)上初具雛形。19世紀(jì)80年代，現(xiàn)代信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展為預(yù)測微生物學(xué)的建模提供了先進(jìn)的技術(shù)支持，80年代初，“微生物預(yù)報(bào)技術(shù)”這一概念。1983年，報(bào)道了一個(gè)30人的食品微生物學(xué)家小組，應(yīng)用直觀預(yù)測的Delphi工藝[5]，用計(jì)算機(jī)預(yù)測了食品貨架期，開發(fā)了腐敗菌生長的數(shù)據(jù)庫的成果，從此揭開了預(yù)測微生物學(xué)序幕。90年代初，個(gè)人電腦的普及極大地推動(dòng)了預(yù)測微生物學(xué)的發(fā)展。1990年，歐盟15國和冰島、挪威、瑞士組成FLAIR FLOW EUROPE研究機(jī)構(gòu)，開始對微生物預(yù)報(bào)技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模的研究，建立了微生物的特征數(shù)據(jù)庫[6 ]。此后預(yù)測微生物學(xué)得到迅猛發(fā)展，它的巨大潛力吸引了研究者的巨大的興趣和資金，現(xiàn)在已成為食品微生物領(lǐng)域最活躍的研究方向之一[7]。雖然預(yù)測微生物學(xué)創(chuàng)始之初，一些食品微生物學(xué)家和食品工藝學(xué)家認(rèn)為微生物預(yù)測不夠準(zhǔn)確可靠，但經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明預(yù)測微生物的模型誤差不大于微生物實(shí)驗(yàn)所帶來的誤差，這使預(yù)測模型在食品工業(yè)和食品監(jiān)控領(lǐng)域獲得了信任。當(dāng)前的食品預(yù)測微生物學(xué)發(fā)展迅速，在Food Microbiology，International Journal of Food Microbiology，Journal of Food Protection等雜志期刊有大量論文發(fā)表；并有Modelling microbial responses in foods，Modeling microorganisms in food[8]等專著發(fā)表；食品預(yù)測微生物國際研討會每4年舉辦1次，2007年9月第五屆食品預(yù)測微生物國際研討會在希臘雅典召開。預(yù)測微生物學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為一門專門的學(xué)科。目前，國內(nèi)外對預(yù)測食品微生物學(xué)的研究工作非常關(guān)注，美國、英國、澳大利亞、丹麥等國家致力于微生物預(yù)報(bào)軟件的開發(fā)，能夠?qū)κ称坟浖芷谶M(jìn)行有效的預(yù)側(cè)和致病菌風(fēng)險(xiǎn)評。國內(nèi)也不斷有新的模型建立，用以控制各類食品。如對肉制品，水產(chǎn)品，傳統(tǒng)發(fā)酵白酒及糧食儲藏中預(yù)測微生物模型都有研究。2 預(yù)測微生物學(xué)模型的分類預(yù)測微生物學(xué)是在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上建立起來的，其分類從橫向水平上看，依據(jù)描述微生物的情況，分為描述微生物生長的數(shù)學(xué)模型和描述微生物失活的數(shù)學(xué)模型，描述微生物生長的數(shù)學(xué)模型分為以動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的模型和以概率為基礎(chǔ)的模型。其中動(dòng)力學(xué)模型可用于表征不同環(huán)境條件下微生物生長特性隨時(shí)間的變化規(guī)律，主要用于食品品質(zhì)預(yù)測；概率模型屬于典型的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，它是在特定的環(huán)境條件下來表征微生物生長及其產(chǎn)毒的概率，用于分析食品中致病菌出現(xiàn)的概率，從而評估食品在生產(chǎn)、貯藏及消費(fèi)過程中的安全性。從縱向水平上看，通常根據(jù)Whiting和Buchanan的分類方法，將每個(gè)預(yù)測模型分為3個(gè)不同層次的模型水平，即一級模型、二級模型和三級模型。一級數(shù)學(xué)模型是描述在特定的培養(yǎng)條件下，一種微生物對時(shí)間的生長或存活曲線，表達(dá)微生物量與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，既微生物的響應(yīng)。而表征微生物響應(yīng)的模型響應(yīng)參數(shù)則有每毫升的菌落形成單位數(shù)、毒素產(chǎn)生、底物濃度及代謝產(chǎn)物濃度等。初級模型主要包括：Gompertz函數(shù)、對數(shù)方程(Logistic function)等。Gompertz模型是1990